基于DSP的FIR濾波器設計

吳尚飛 梅宇超

【摘要】 FIR濾波器由于其嚴格的線性相位特性具有廣泛的應用范圍。用DSP芯片實現數字濾波除了具有穩定性好、精確度高、不受環境影響等優點外，還具有靈活性好的優點。所以基于DSP的FIR濾波器的設計具有重要意義。

【關鍵詞】 濾波器 FIR DSP

一、FIR濾波器設計

1、FIR濾波器設計基礎。FIR濾波器具有當保證幅頻特性是能夠輕易的保證線性相位嚴謹性的優點。在眾多數字濾波器中，FIR濾波器具有無反饋回路的重要特征，所以FIR濾波器并不會放生不穩定的情況；而且，在幅度特性可以變換的情況下，FIR濾波器能確保線性相位的結果十分準確。FIR濾波器具有穩定性強和線性相位兩個卓越優點。FIR濾波器還具有如下幾個優點：具有線性的設計方法；更加容易來實現硬件問題；FIR濾波器在濾波器過渡期間包含有限的區間；與IIR濾波器不同的是，FIR濾波器具有較高的階次，FIR濾波器的延遲方面對比IIR濾波器也大得多 [1]。

2、基于窗函數的濾波器設計。通常我們使用窗函數法，頻率抽樣法，等波紋切比雪夫逼近法等來設計FIR數字濾波器，主要探討利用窗函數法來設計FIR數字濾波器和解決MATLAB仿真的問題。窗函數法也可說成為傅立葉級數法，窗函數發是在其時域上進行的，所以一點要從理想濾波器其頻率響應Hd（e jω）來推算出單位脈沖響應hd（n）的值，設計在FIR數字濾波器上開發一個單位脈沖響應h（n）來逼近hd（n）。

上式中窗口的長度是N，因此H（z）就是在物理上可以完成的系統了。

二、FIR濾波器TMS320F2812的DSP實現

美國德州儀器公司對于數字控制方面的問題所研發了一種利用微型控制器的最好特征和性能極好的數字型號處理整合成有極好的數字信號處理功能和完善的事件管理與完善的嵌入式控制功能的32位定點數字信號芯片。這種芯片適合在處理的速度和精度要求非常高的方面，比如控制系統、智能儀表等等方面。為了能更好的處理問題，并且降低開發產品的周期，全新的CCS環境C Compiler能夠被TMS320F2812DSP所支持，在程序的開發界面為開發者提供了C語言中和匯編語言混合編程的編程界面，另外IQ-math式的函數庫也能在TMS320F2812上完成，因此研究者可以較為低廉的利用定點數DSP上進行困難的浮點運算 [2]。

F2812數字信號處理器集成了很多內核可以訪問和控制的外部設備，通過某種方式來讀/寫外設。主要外部設備有：

（1）EV管理器：F2812的事件管理器是一個典型的擴展模塊，特別適用于運動控制等領域。該模塊主要包括通用定時器、全比較/PWM單元以及正交編碼脈沖電路（QEP）。同時F2812上有兩個事件管理器，接口相同，可以用于多組電機控制。（2）AD模塊：F2812數字信號處理器上的ADC有16路通道，12位的采樣內核包括兩個采樣保持電路，可以同時采集，也可以順序采集，最高轉換速率可達80ns。（3）看門狗：看門狗主要是針對軟件運行進入死循環等情況下，通過看門狗模塊給出一個復位中斷信號。（4）通用輸入/輸出（GPIO）：GPIO可以用來擴展外部設備，可作為與外設進行數據交換，F2812中一共有56個GPIO引腳。（5）串行通信接口和SCI通信接口：增強型SCI模塊，在原有的SCI接口功能下，添加了增強功能，包括自動檢測波特率和16級FIFO。（6）串行外圍設備接口SPI：增強型SPI模塊，增強功能包括16級FIFO和延時發送功能[2]。（7）增強型區域控制網絡eCAN模塊：該總線接口與eCAN 2.0B標準接口完全兼容，最高支持高達1Mbps的總線通信速率，32個獨立的完全可配置的郵箱和實時郵遞功能。（8）PLL時鐘模塊：鎖相環模塊主要是用來外部晶振分/倍頻的，F2812可以實現0.5-10倍的倍頻。（9）外部中斷接口：TMS320F2812外設中斷擴展模塊最多支持96個獨立的中斷。并將這些中斷分成8組，每個組有12個中斷源。F2812支持一個不可屏蔽中斷和16個可屏蔽且優先級可設置的中斷。（10）存儲器及其擴展接口：F2812芯片內部提供18KB的SARAM和128KB的Flash存儲器。而且通過外部存儲器擴展接口，外部最高可達1MB的尋址空間，存儲空間最大可達4GB。

三、結語

隨著科學技術飛速發展，數字信號處理可以與許多新型工藝與新型技術整合在一起，提高了數字濾波器的解析與仿真，利用專用的數字硬件可以完成各類新型的數字信號處理系統，由于篇幅限制不能進一步深化探究，望后來者居上。

參 考 文 獻

[1]張雪峰.小波閾值去噪算法研究及DSP實現[D].中北大學，2011-5.

[2]劉昕祺.基于TMS320F2812的數據采集和濾波的研究與實現[M].南京理工大學.2007-7